(57)【要約】【課題】半田付けの際に、半導体装置における樹脂封止部のクラック発生を確実に防止することが可能な半田付け装置を提供する。【解決手段】半導体発光素子を封止する樹脂封止部２０ａを有する半導体発光装置２０を基板２１に半田付けする半田付け装置において、樹脂封止部２０ａを覆うように嵌合する嵌合部が設けられた冷却体４と、冷却体４を冷却する冷却装置７とを備えた。冷却体４の嵌合部は、樹脂封止部２０ａに嵌合したときに、半導体発光装置２０のリードフレーム２０ｂまたは基板２１に当接しない深さに形成されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子を封止する樹脂封止部を有する半導体装置を基板に半田付けする半田付け装置において、
前記樹脂封止部を覆うように嵌合する嵌合部が設けられた冷却体と、
前記冷却体を冷却する冷却装置とを備えたことを特徴とする半田付け装置。
【請求項２】
前記冷却体の嵌合部は、前記樹脂封止部に嵌合したときに、前記半導体装置の端子または前記基板に当接しない深さに形成されていることを特徴とする請求項１記載の半田付け装置。
【請求項３】
前記冷却体は、前記嵌合部の壁面部となる貫通孔が形成された下冷却体と、前記嵌合部の蓋部となる凹部が形成された上冷却体とを備えていることを特徴とする請求項１または２記載の半田付け装置。
【請求項４】
前記冷却体の前記嵌合部は、複数の前記半導体装置が前記基板に配置される位置に対応して設けられていることを特徴とする請求項１から３のいずれかの項に記載の半田付け装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子を封止する樹脂封止部を有する半導体装置を基板に半田付けする半田付け装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置を基板に取り付ける半田付け装置がある。半田付け装置は、基板の所定の位置に実装された半導体装置を半田槽へ漬けることで溶融した半田を半導体装置の端子と基板との接続部分に付着させて基板へ固定する。このような半田付け装置が、コイルを製造する際に用いられるものであることが特許文献１に記載されている。
【０００３】
この特許文献１に記載の半田付け装置は、電線を端子に巻き付けて形成した接続部を半田槽に浸漬して半田付けするものであり、浸漬する際に接続部の近傍に当接して冷却する銅製の半田付け治具を備えている。接続部の近傍を冷却する半田付け治具を備えることで、端子に巻き付けた電線の絶縁被覆が熱で変質するのを防止している。
【特許文献１】特開平７−２９７０７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の半田付け装置はコイルを製造するものであるが、半導体装置の半田付けにも適用は可能である。しかし半田付け装置の冷却が充分でなく電線の被覆が変質しても補助チューブなどにより補修を施すことができるが、半導体装置では熱により樹脂封止部が膨張してクラックが発生すると、その半導体装置は使用することができない。従って樹脂封止部のクラックの発生は、確実に防止する必要がある。
【０００５】
半田付けは、鉛が有害物質として鉛を含む半田が使用できない鉛フリーと呼ばれる状況にある。鉛フリーの半田は、鉛を含む共晶半田と比較して半田付けする温度を２０℃も高くする必要がある。しかし半導体装置の耐熱温度は変わらないため、半導体装置の半田付けは、樹脂封止部のクラックが、更に発生しやすい状況となっている。
【０００６】
そこで本発明の目的は、半田付けの際に、半導体装置における樹脂封止部のクラック発生を確実に防止することが可能な半田付け装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の半田付け装置は、半導体素子を封止する樹脂封止部を有する半導体装置を基板に半田付けする半田付け装置において、前記樹脂封止部を覆うように嵌合する嵌合部が設けられた冷却体と、前記冷却体を冷却する冷却装置とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明においては、嵌合部が設けられた冷却体を半導体装置の樹脂封止部に嵌合させ、この冷却体を冷却装置が冷却するので、半導体装置における樹脂封止部のクラック発生を確実に防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本願の第１の発明は、半導体素子を封止する樹脂封止部を有する半導体装置を基板に半田付けする半田付け装置において、樹脂封止部を覆うように嵌合する嵌合部が設けられた冷却体と、冷却体を冷却する冷却装置とを備えたことを特徴としたものである。
【００１０】
嵌合部が設けられた冷却体を半導体装置の樹脂封止部に嵌合させ、この冷却体を冷却装置が冷却する。従って、半田付けする際にも樹脂封止部が冷却されるので、樹脂封止部のクラックの発生を防止することができる。また冷却体は樹脂封止部に覆うように嵌合するので、熱により樹脂封止部が膨張すると嵌合部の内側面に密着した状態となる。従って、加熱された樹脂封止部の熱が冷却体へ伝達しやすくなるので、更に冷却効果が高まる上に、熱膨張が嵌合部により抑止される。よってクラックの発生を確実に防止することができる。
【００１１】
本願の第２の発明は、冷却体の嵌合部は、樹脂封止部に嵌合したときに、半導体装置の端子または基板に当接しない深さに形成されていることを特徴としたものである。
【００１２】
冷却体が基板または端子に当接していると、基板または端子の温度が低下する。基板または端子の温度が低下すると、基板と端子の接続部分に溶融した半田を付着させたときに半田の温度が低下して、半田の濡れ性が悪化する。そこで冷却体の嵌合部を、基板や半導体装置の端子に当接しない深さとしているので、温度の低下は樹脂封止部を介して基板または端子に伝達することになり、温度の低下を低減させることができる。
【００１３】
本願の第３の発明は、冷却体は、嵌合部の壁面部となる貫通孔が形成された下冷却体と、嵌合部の蓋部となる凹部が形成された上冷却体とを備えていることを特徴としたものである。
【００１４】
半田付けする際には、まず下冷却体を樹脂封止部に嵌合させる。そうすると下冷却体の貫通孔は、嵌合部の壁面部となるので、樹脂封止部の上方が開口した状態で嵌合することとなる。従って、下冷却体と樹脂封止部が嵌合した状態が上方から確認ができるので、半田付け作業を確実に行うことができ、作業性が向上する。
【００１５】
本願の第４の発明は、冷却体の嵌合部は、複数の半導体装置が基板に配置される位置に対応して設けられていることを特徴としたものである。
【００１６】
冷却体の嵌合部が、複数の半導体装置が基板に配置される位置に対応して設けられているので、溶融した半田へ端子を浸漬したときに、半導体装置の樹脂封止部が左右前後へ揺らぐことが規制されるとともに、それぞれ半導体装置の位置関係も規制される。従って、品質の高い半田付け作業を行うことができる。
【００１７】
（実施の形態）
本発明の実施の形態に係る半田付け装置について、図１から図６に基づいて説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る半田付け装置を説明する平面図である。図２は、本発明の実施の形態に係る半田付け装置のプリヒートステージを説明する図である。図３は、本発明の実施の形態に係る半田付け装置の半田付けステージを説明する図である。図４は、本発明の実施の形態に係る半田付け装置の冷却ステージを説明する図である。図５は、本発明の実施の形態に係る冷却体を説明する図である。図６は、本発明の実施の形態に係る冷却体を半導体発光装置へ嵌合した状態を説明する図である。まず本発明の実施の形態に係る半田付け装置の構成を説明する。
【００１８】
図１に示すように本実施の形態に係る半田付け装置１は、半導体装置の一例として半導体発光素子（図示せず）を樹脂で封止した半導体発光装置２０を基板２１にマトリックス状に配置したディスプレイパネル２２の半田付けに用いるものである。
【００１９】
半田付け装置１は、投入・取り出しステージ１５と、フラックス塗布ステージ１６、プリヒートステージ１７と、半田付けステージ１８と、冷却ステージ１９とを備えている。これらの各ステージを横断するように、ガイドレール２が配設されている。基板２１は、キャリア板３に搭載され、このガイドレール２に案内されて、平面視して時計回りに搬送される。
【００２０】
投入・取り出しステージ１５は、半導体発光装置２０が仮実装された基板２１を投入したり、半田付けが完了したディスプレイパネル２２を取り出したりするために、ガイドレール２が設けられた搬送路である。冷却体４は、ここで半導体発光装置２０に嵌合される。ここで冷却体４について図５および図６に基づいて詳細に説明する。
【００２１】
図５および図６に示すように冷却体４は、半導体発光装置２０の樹脂封止部２０ａに覆うように嵌合する嵌合部５が設けられている。ディスプレイパネル２２が、矩形状の基板２１にマトリックス状に半導体発光装置２０が配置されたものなので、嵌合部５は、その半導体発光装置２０の樹脂封止部２０ａに対応する位置に設けられている。
【００２２】
冷却体４は、この嵌合部５の壁面部となる貫通孔４ａ−１が形成された下冷却体４ａと、嵌合部５の蓋部となる凹部４ｂ−１が形成された上冷却体４ｂと、下冷却体４ａおよび上冷却体４ｂとを基板２１に固定する枠体である基板固定治具４ｃとを備えている。下冷却体４ａと、上冷却体４ｂと、基板固定治具４ｃとは、両端部に形成された貫通孔にネジ４ｄを挿通させることで連結され、基板２１を固定している。冷却体４は、熱伝導率の高い金属であるのが望ましい。例えば、アルミ製や、銅製等とすることができるが、軽量化の点からアルミ製とするのが望ましい。
【００２３】
図５に示すように、半導体発光装置２０の樹脂封止部２０ａは、砲弾型に形成されており、リードフレーム２０ｂが突出する基部は、出射側となる先部より一回り直径が大きく形成されている。従って、下冷却体４ａの貫通孔４ａ−１の直径の方が、上冷却体４ｂの直径より大きく形成されている。
【００２４】
フラックス塗布ステージ１６には、投入・取り出しステージ１５から搬送された半導体発光装置２０が仮実装された基板２１の下方からフラックスを噴霧して塗布するノズル（図示せず）が設けられている。
【００２５】
図２に示すように、プリヒートステージ１７には、キャリア板３に搭載された基板２１を下方から加熱するために温風を導入する温風導入路６と、半導体発光装置２０に嵌合した冷却体４を冷却する冷却装置７と、冷却装置７を上下方向に移動させる昇降装置８が設けられている。
【００２６】
温風導入路６は、図示しない加熱送風装置から５０℃から１２０℃の温風を導入する。
【００２７】
冷却装置７は、冷却体４の上面に載置して、冷却体４を５℃から１０℃に冷却する。本実施の形態の冷却装置７は、ペルチェ素子を用いて冷却する電子クーラであるが、水を循環させて冷却させる水冷式としてもよい。
【００２８】
昇降装置８は、基台部８ａに支柱部８ｂが立設されている。この支柱部８ｂの先端には、回動自在にアーム部８ｃが接続されている。アーム部８ｃの一端には、基台部８ａと接続され、伸縮することでアーム部８ｃの他端を上下に動かすシリンダ８ｄが設けられている。アーム部８ｃの他端には、開閉することで、冷却装置７から側方へ突出した掛止板７ａに引っかけるチャック部８ｅが設けられている。
【００２９】
図３に示すように、半田付けステージ１８には、基板２１の下方から溶融した半田を噴出する溶融半田導入路９と、半田付けにより発生する気体を排出する排気ダクト１０とが設けられている。
【００３０】
図４に示すように、冷却ステージ１９には、プリヒートステージ１７の温風導入路６（図２参照）の代わりに、半田付けが完了した際の余熱を除去するための冷風を導入する冷風導入路１１が設けられている。
【００３１】
以上のように構成される本発明の実施の形態に係る半田付け装置１の動作について図１に基づいて説明する。
【００３２】
図１，図５および図６に示すように、まず、基板２１に仮実装した半導体発光装置２０のそれぞれの樹脂封止部２０ａに下冷却体４ａの嵌合部５の壁面部となる貫通孔４ａ−１を挿通させる。次に基板固定治具４ｃと、上冷却体４ｂとで下冷却体４ａとを挟むように配置してネジ４ｄで固定する。そして投入・取り出しステージ１５のガイドレール２に載置して、フラックス塗布ステージ１６へ移動させる。
【００３３】
フラックス塗布ステージ１６では、基板２１の下方に配置したノズルからフラックスを噴霧して、半田付けするリードフレーム２０ｂと基板２１との接続部分を含む基板２１の下面へフラックスを塗布する。塗布し終えたらプリヒートステージ１７へ移動させる。
【００３４】
図２に示すように、プリヒートステージ１７では、下方から温風を吹き出して基板２１とリードフレーム２０ｂを加熱してフラックスを活性化するとともに、冷却装置７を昇降装置８により下方へ移動させて冷却体４へ当接させて冷却する。このとき基板２１とリードフレーム２０ｂとの接続部分の予熱温度は５０℃から１００℃となるように加熱する。また冷却体４が５℃から１０℃となるように冷却する。
【００３５】
基板２１とリードフレーム２０ｂとが加熱されても、冷却体４の嵌合部５が樹脂封止部２０ａを覆うように嵌合しているので、冷却体４により樹脂封止部２０ａが冷却されることで膨張によるクラックの発生を防止できる。それでも樹脂封止部２０ａが膨張すると、嵌合部５の内側面に密着した状態となり、加熱された樹脂封止部２０ａの熱が冷却体４へ伝達しやすくなるので、更に冷却効果が高まる上に、熱膨張が嵌合部５により抑止される。従ってクラックの発生を確実に防止することができる。また冷却体４の嵌合部５を基板２１やリードフレーム２０ｂに当接しない深さとしているので、冷却温度の低下は樹脂封止部２０ａを介して基板２１またはリードフレーム２０ｂに伝達することになり、温度の低下を低減させることができる。
【００３６】
プリヒートステージ１７で充分な予熱を与えられると、昇降装置８により冷却装置７が上昇し、キャリア板３が半田付けステージ１８へ冷却体４を半導体発光装置２０に嵌合した状態で搬送される。
【００３７】
図３に示すように、半田付けステージ１８では、冷却装置７が冷却体４から離間した状態で半田付けが行われる。これは半田付けの際に発生するガスなどにより昇降装置８が汚染されることを防止するためである。冷却体４が冷却されない状態で半田付けが行われても、プリヒートステージ１７での充分な冷却と、樹脂封止部２０ａに冷却体４の嵌合部５が嵌合することによる規制とで、半田付けステージ１８での樹脂封止部２０ａの熱膨張によるクラックの発生を抑止することができる。従って、半田付けステージ１８においては昇降装置８は備えていない。
【００３８】
溶融した半田１２が溶融半田導入路９から基板２１の裏面へ噴出して、リードフレーム２０ｂと基板２１との接続部分へ半田１２を付着させる。基板２１の裏面へ溶融した半田１２が噴出しても、リードフレーム２０ｂがその半田１２の勢いによる応力で左右に揺れようとしても、冷却体４の嵌合部５が半導体発光装置２０の樹脂封止部２０ａが左右前後へ揺らぐことを規制し、それぞれ半導体装置の位置関係も規制しているので、安定した半田付け作業を行うことができる。
【００３９】
図４に示すように、冷却ステージ１９では、昇降装置８が冷却装置７を下降させ、冷却体４へ当接させて冷却するとともに、冷風導入路１１より冷風を導入して基板２１とリードフレーム２０ｂとの接続部分に吹き付けて余熱を除去することで半田を固化させる。このとき基板２１とリードフレーム２０ｂとの接続部分の温度は１３０℃以下となるように冷却する。また、冷却体４が５℃から１５℃となるように冷却する。冷却が完了すると、昇降装置８により冷却装置７が上昇する。そしてキャリア板３は、最初の投入・取り出しステージ１５へ戻ってくる。作業者は、冷却体４をディスプレイパネル２２から外して半田付け作業が完了する。
【００４０】
以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、例えば、平面視して矩形状の樹脂封止部を有する半導体装置であれば、冷却体の嵌合部として、矩形状の樹脂封止部２０ａが嵌合する形状とした凹部とすれば図１から図４に示す半田付け装置１の冷却体４を変更するだけで使用することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明は、半田付けの際に、半導体装置における樹脂封止部のクラック発生を確実に防止することが可能なので、半導体素子を封止する樹脂封止部を有する半導体装置を基板に半田付けする半田付け装置に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の実施の形態に係る半田付け装置を説明する平面図
【図２】本発明の実施の形態に係る半田付け装置のプリヒートステージを説明する図
【図３】本発明の実施の形態に係る半田付け装置の半田付けステージを説明する図
【図４】本発明の実施の形態に係る半田付け装置の冷却ステージを説明する図
【図５】本発明の実施の形態に係る冷却体を説明する図
【図６】本発明の実施の形態に係る冷却体を半導体発光装置へ嵌合した状態を説明する図
【符号の説明】
【００４３】
１  半田付け装置
２  ガイドレール
３  キャリア板
４  冷却体
４ａ  下冷却体
４ａ−１  貫通孔
４ｂ  上冷却体
４ｂ−１  凹部
４ｃ  基板固定治具
４ｄ  ネジ
５  嵌合部
６  温風導入路
７  冷却装置
７ａ  掛止板
８  昇降装置
８ａ  基台部
８ｂ  支柱部
８ｃ  アーム部
８ｄ  シリンダ
８ｅ  チャック部
９  溶融半田導入路
１０  排気ダクト
１１  冷風導入路
１２  半田
１５  投入・取り出しステージ
１６  フラックス塗布ステージ
１７  プリヒートステージ
１８  半田付けステージ
１９  冷却ステージ
２０  半導体発光装置
２０ａ  樹脂封止部
２０ｂ  リードフレーム
２１  基板
２２  ディスプレイパネル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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